第二章土的物理性质及分类

sat
饱和含水率
※浮密度与比重和孔隙比的关系
ms Vs w V s w 1 e Gs 1 w 1 e
2.3 粘性土的物理特性
• 粘性土的稠度状态---指土的软硬程度或土受外 力作用所引起变形或破坏的抵抗能力,是粘性土 最主要的物理状态特征。 • 可塑状态---就是当粘性土在某含水量范围内， 可用外力塑成任何形状而不发生裂纹，并当外 力移去后仍能保持既得的形状，土的这种性能 叫做可塑性。
• 粘性土的液性指数---指粘性土的天然含水量和塑 限的差值与塑性指数之比。
w wP IL wL wP IP
IL值愈大，土质愈软；反之，土质愈硬
w wp
粘性土的物理状态
状 态 液性指数 坚 硬
IL<0
硬 塑
0<IL≤0.25
可 塑
0.25<IL≤0.75
软 塑
0.75<IL≤1.0
2.2 土的三相比例指标
• 土的三相组成各部分的质量和体积之间的比例 关系，随着各种条件的变化而改变。地下水位 的升高或降低，将改变土中水的含量；经过压 实的土，其孔隙体积将减小。
• 表示土的三相组成比例关系的指标，称为土的 三相比例指标，包括土粒比重（或土粒相对密 度）；土的含水量（或含水率）、密度、孔隙 比、孔隙率和饱和度等。
2.5 土的分类
• 分类目的：土的分类体系就是根据土的工程性质 差异将土划分成一定的类别，其目的在于通过一 种通用的鉴别标准，以便于在不同土类间作有价 值的比较、评价、积累以及学术与经验的交流。 • 分类原则
简明原则：土的分类体系采用的指标，既要能综合反 映土的主要工程性质；又要其测定方法简单，且使 用方便。 差异原则：土的分类体系采用的指标要在一定程度上 反映不同类工程用土的不同特性
※相对密实度Dr
定义（理论表达式）
emax无粘性土处于最松状态时的孔隙比
emin无粘性土处于最密状态时的孔隙比 e0无粘性土的天然孔隙比或填筑孔隙比 ρ
dmax无粘性土的最大干密度
emax e0 Dr emax emin
定义（实用表达式）
Dr
d d min d max d max d min d
土的含水量是标志土含水 程度的一个重要物理指标。 天然土层含水量变化范围 较大，与土的种类、埋藏 条件及其所处的自然地理 环境等有关。
测定方法：烘干法， 亦可用酒精燃烧法
土粒比重Gs---土粒质量与同体积4℃时纯水的质量 之比 ms s Gs Vs
土粒相对密度变化范围不大：细粒土（粘性土）一般2.70～2.75； 砂土一般为2.65左右。土中有机质含量增加，土粒相对密度减小
缩限ws 固态 塑限wp 液限wL 可塑状态 含水量 流动状态
半固态
• 粘性土的物理状态指标 ※ 液限、塑限、缩限：ωL ※ 塑性指数：Ip ※ 液性指数：IL ※ 灵敏度：Sq
、ωp 、ωs
• 界限含水量---粘性土由一种状态转变到另一种状态的分 界含水量。 ※ 液限ωL ：土由可塑状态转到流动状态的界限含水量 （或塑性上限）。 ※ 塑限ωp：土由半固态转到可塑状态的界限含水量称为 塑限（或塑性下限）。 ※ 缩限ωs：土由半固体状态不断蒸发水分，则体积继续逐 渐缩小，直到体积不再收缩时，对应土的界限含水量叫 缩限
流 塑
IL>1.0
• 粘性土的结构性和触变性
天然状态下的粘性土通常都具有一定的结构性， 土的结构性是指天然土的结构受到扰动影响而改变 的特性。当受到外来因素的扰动时，土粒间的胶结 物质以及土粒、离子、水分子所组成的平衡体系受 到破坏，土的强度降低、压缩性增大。 土的结构性对强度的这种影响，一般用灵敏度 来衡量。土的灵敏度是以原状土的强度与该土经重 塑（土的结构性彻底破坏）后的强度之比来表示。 重塑试样具有与原状试样相同的尺寸、密度和含水 量。
• 粘性土的湿陷性---指土在自重压力作用下或自重 压力和附加压力综合作用下，受水浸湿后，使土 的结构迅速破坏而发生显著的附加下陷特征。
湿陷性土在我国广泛分布，除湿陷性黄土外，在 干旱或半干旱地区，特别是在山前洪、坡积扇中常遇 到湿陷性的碎石类土和砂类土，在一定压力下浸水后 也常具有强烈的湿陷性。
satg
※反映土的空隙特征的指标 空隙比e---土中孔隙体积与土颗粒体积之比
Vv e Vs
空隙率n---指土体中空隙体积占土体总体积之比,用 百分数表示，
n Vv 100% V
土的饱和度Sr---表示土空隙中被水充满的程度,也即 土中水的体积与空隙体积之比,用百分数表示，
Vw Sr 100% Vv
• 建筑工程系统的分类体系
《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2002)
在考虑划分标准时，注重土的天然结构特性和强度， 并始终与土的主要工程特性——变形和强度特征紧密联 系。因此，首先考虑了按沉积年代和地质成因的划分， 同时将某些特殊形成条件和特殊工程性质的区域性特殊 土与普通土区别开来。
※按堆积年代分：老堆积土；一般堆积土；新近堆积土 ※按地质成因分：残积土；坡积土；洪积土；淤积土等 ※按有机质含量分：无机质土；有机质土；泥炭质土；泥炭 ※按颗粒级配与塑性指数分：碎石土；砂土；粉土；粘性土
• 液限测试---圆锥液限仪法
5s下沉10mm或17mm 76 g
• 塑限测试---搓条法
直径约3mm
• 塑液限联合测试
• 粘性土的塑性指数---塑性指数是指液限 和塑限的差值，即土处在可塑状态的含 水量变化范围。 I p= ω L- ω p
Ip越大→土的可塑范围越广，土中含有的结合水越多， 土与水之间的作用越强。土中粘粒含量越大，塑性 指数Ip越大。
b.碎石土的分类 粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土称为碎石土
碎石土的分类
土的名称
漂石 块石
颗粒形状
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
颗粒级配
粒径大于200mm的颗粒 含量超过全重50％ 粒径大于20mm的颗粒 含量超过全重50％ 粒径大于2mm的颗粒 含量超过全重50％
• 土的总分类体系
漂石 巨粒土 含巨粒土 无机土 粗粒土 卵石 混合巨粒土 巨粒混合土 砾类土 砂类土 粉土 细粒土 工程用土 有机土 黄土 特殊土 膨胀土 红粘土等 粘土
一般土
• 土的分类标准 在国际上土的统一分类系统来源于美国A.卡萨格 兰特(Casagrande，1942)提出的一种分类法体系（属 于材料工程系统的分类）。(ASTM) 它无法考虑土的成因、年代对工程性质的影响， 是这种方法存在的缺陷。
• 土的工程分类体系
建筑工程系统的分类体系——侧重于把土作为建筑地基 和环境，故以原状土为基本对象。因此，对土的分类 除考虑土的组成外，很注重土的天然结构性，即土粒 联结与空间排列特征。例如国标《建筑地基基础设计 规范》（GB50007）地基土的分类。
工程材料系统的分类体系——侧重于把土作为建筑材料， 用于路堤、土坝和填土地基等工程。故以扰动土为基 本对象，注重土的组成，不考虑土的天然结构性。例 如，国标《土的分类标准》（GBJ145-90）工程用土 的分类，《公路土工试验规程》（JTJ051-93）土的 工程分类。
• 无粘性土的密实度与土的工程性质 ※土体的松密程度对土的工程性质影响很大 ※土的密实程度越高，压缩性越小，其工程 特性越好 ※土的密实程度越低，压缩性越大，其工程 特性越差
• 无粘性土的密实度指标
※孔隙比e
0.6 0.75 0.85
密实
中密
稍密
松散
优点：简单方便 缺点：无法反映土的级配因素，受土粒的大小、形状和 级配的影响很大。
sat
ms Vv w V
土的有效密度ρ’---处于地下水位以下的土，受到浮 力作用时，单位体积土中土颗粒的重量扣除同体 积水的质量，即是土的有效密度
m s Vs w V
各种密度之间的比较
sat d
重度指标
土的重度 =ρ g 饱和重度sat =ρ 干重度d =ρ dg 浮重度 = ρ g
• 粘性土的冻胀性---指土的冻胀和冻融给建筑物或 土工结构带来危害的变形特性。
在冰冻季节，因大气负温影响，使土中水分冻结 成为冻土。冻土根据其冻融情况分为：季节性冻土、 隔年冻土和多年冻土。
2.4无粘性土的密实度 • 无粘性土的结构 无粘性材料具有不可塑性,天然状态下的砂 土可处于从密实到疏松的不同物理状态。 疏松排列 密实排列

1 w
d
※孔隙比与比重和干密度的关系
ms s d V 1 e
m s s Vs
Gs
e
s
ms Vs
Gs w
s w
d
1
※饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系
Vw Gs Sr Vv e e
当土饱和时，即为Sr=100％ 则
s w
e sat Gs
• 各物理指标间的换算
常用的物理性质指标共有9个，一般地说，已知其 中任意3个，通过换算，可以求其余6个 ※孔隙比与孔隙率的关系
Vv e n V 1 e
n e 1 n
※干密度与湿密度和含水率的关系
m d w d d 1 w V 1
d
ms V m w ms
在工程上，用相对密实度划分无粘性土状态如下：
0 Dr 1
3
1 Dr 2 3 3
2 D 1 r 3
疏松
中密
密实
※标准贯入试验击数N为标准
30
15
10
密实
中密
稍密
松散
※也可根据野外方法鉴别
锤重：63.5kN
落距：760mm
触探杆 重型圆锥